动态电弧模型下特快速瞬态过电压特性的计算与分析

在特快速瞬态过电压(very fast transient over-voltage,VFTO)的仿真计算过程中,建立准确的隔离开关高频电弧模型是提高VFTO计算准确度的关键。在分段电弧模型的基础上,提出一种动态电弧模型。在预击穿阶段,该模型考虑击穿延时对VFTO的影响,采用双曲线形式的时变电阻;在熄弧阶段建立完整的麦也尔(Mayr-Schwarz)模型描述电弧的动态物理过程。结合某1100kV气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)的实际电路,详细计算2种电弧模型下GIS内部的VFTO幅值、频率和陡度,同时讨论了击穿延时对VFTO波形的影响。计算结果表明:动态电弧模型下VFTO具有幅值较高、频率较高、上升陡度较大的特点;击穿延时对VFTO的初始上升时间和幅值有影响。通过VFTO仿真与实测数据相比较可知,动态电弧模型是分段电弧模型的进一步完善,对于提高VFTO仿真计算的精度有重要意义。

旋转电弧传感器动态电弧信号分析及其跟踪方法研究

正确分析传感器的动态电弧信号是实现焊缝跟踪的基础。本文通过对焊缝跟踪过程中一个周期内动态电弧信号的建模分析,得出由于跟踪过程中焊枪的运动使传感器的信号发生变化会导致误判的结果,并设计了主信号积分差值和调节频速比的控制方法,实现了对误判的有效控制,并通过实验验证了算法的可行性和有效性。

一种新型动态电弧电子模拟负载的研究

提出了一种新型的电子模拟负载,并通过理论分析和大量的实验研究证明了采用这种电子模拟负载模拟动态电弧的实时变化是可行的。

基于有限元法的绝缘子污闪动态电弧模型研究

现有电弧发展模型均存在一定的缺陷,且对沿面电弧发展延伸过程进一步建模是深入研究绝缘子污闪机制的前提。对此,基于有限元法对绝缘子污闪动态电弧模型进行改进,利用COMSOL-MATLAB联合建立电弧延伸场路模型,考虑弧根电位、尺寸以及电弧延伸的动态过程,并通过人工污秽试验从动态剩余污层电阻和污闪电压2个参量入手验证该模型的有效性。研究结果表明:矩形平板模型对复杂外形绝缘子的展开有良好等价性;在直流污闪过程中,绝缘子剩余污层电阻值动态变化趋势与所提模型的计算结果基本一致,实测值与计算值的相对误差在12%以内;模型计算的绝缘子闪络电压与实际绝缘子试验值比较,误差在8%以内。

一种基于动态电弧识别及关断技术的截流型保护电路

传统的输出本质安全型开关电源输出采用限压限流等保护措施,存在动态响应慢、输出功率小等问题。动态电弧识别及关断是通过检测电气系统动态参数、在系统中关键参数超过临界值而将系统迅速过渡到安全状态的一种技术。将动态电弧识别及关断技术应用到输出本质安全型开关电源中,当输出发生故障而产生电弧时,检测到电弧电流变化率超过预先设置的临界值,迅速切断电源,使得产生的电弧能量低于最小点燃能量,因此进一步提高本质安全型开关电源的功率。本文设计了输出截流型保护电路,通过仿真和实验,验证了采用动态电弧识别及关断技术可以提高本质安全型开关电源的输出功率。

直流电压下绝缘子污闪的动态电弧模型

本文介绍了一种用于计算直流电压下绝缘子污闪电压的动态模型。该模型的突出特点在于充分考虑到了各类绝缘子的外形结构这个对直流绝缘子污闪过程具有重要影响的因素。为论证此模型，我们对实际应用中的许多具有不同几何外形的绝缘子进行了研究。通过将我们有的计算结果与前人的试验结果相比较，证明本模型是真实而合理的，并呈现出良好的一致性。

交流电弧微观动态形成机理及影响因素

为揭示真空电弧的微观动态形成机理及其影响因素,利用气体动力学模型研究真空断路器触头间的电弧形成过程。采用的数学模型包括电子和正负离子漂移扩散方程、微观粒子的碰撞方程及电场的泊松方程。建立触头间距为10 mm,触头间电压分别为工频交流12 k V和400 V的真空断路器简化模型,通过仿真得到工频真空电弧形成过程和鞘层形成过程的电子密度、平均电子能量及碰撞能量损失分布等各项微观参数的时变规律,并计算电子迁移率、金属蒸气压力和初始电子密度对真空电弧形成过程的影响。仿真结果表明:粒子运动速度差异形成的鞘层是电弧形成的基础;高电压、强电场作用促使电子能量产生轴向集中;电子迁移率及金属蒸气压力影响电弧形成过程;而初始电子密度对真空电弧弧前导电通道形成过程的影响可忽略。

交流污闪电弧动态特征探究

通过将污闪电弧模型化,并结合有关污闪试验结论和物理学说,详细讨论了在交流冲击下,污闪电弧的动态特征。绘制了起弧、电弧延伸、临界态、电弧收缩、熄弧各状态之间的电弧状态发展轨迹,将径向延伸和“电容效应”引入了电弧动态方程。从而揭示了电弧发展过程中有关状态量的变化趋势和特征,并针对有关结论做了必要的解释和验证。结果表明:电弧的延伸和收缩状态轨迹不是重合的,考虑弧径延伸和“电容效应”能够弥补现有模型的不足。这对于进一步研究污闪机理,建立更加科学合理的污闪模型具有参考价值。

焊接电弧发射光谱的动态诊断方法及其应用

建立了新型的电弧光谱动态诊断系统,提出了基于时控统计平均方案的动态诊断方法,实现了对电弧光谱连续的动态诊断.结果表明,应用这一新型诊断系统,可以观测交流电弧特征谱线半高宽变化量和中心波长位移量两个重要特征量的动态变化规律,进而可认识交流电弧电子数密度和氩原子激发温度的动态变化,这对于研究电弧(特别是交流电弧)热力学状态的时间特征具有重要的意义;另外,这一诊断方法拓展了以往电弧发射光谱诊断方法的应用范围,在焊接电弧物理研究中将有着良好的应用前景.

交流继电器电弧动态特性仿真分析

继电器触头分断过程中产生的电弧是造成触头电烧蚀进而导致继电器失效的主要原因之一。为了方便分析交流电弧物理特性,通过对Fluent进行二次开发,基于流体动力学方程、电磁场方程建立三维交流电弧的磁流体动力学(MHD)模型。结合触头的实际运动过程,计算分析交流继电器分断电弧的动态过程。通过与实测数据进行对比,验证了电弧仿真的准确性,对进一步了解交流电弧特性及优化产品设计有一定的指导意义。

高速气流场下列车弓网电弧动态模型

随着弓网离线率和离线程度的增加,弓网离线电弧现象频繁发生,而弓网离线电弧对受电弓滑板、接触网导线、供电质量、通讯信号和无线电信号的影响严重危害了列车运行安全。因此基于横向吹弧和纵向吹弧理论,研究了高速气流场对弓网电弧耗散功率的影响。考虑弓网电弧的弧柱拉伸、压缩以及强气流吹弧的能量交换,得到弓网电弧在起弧阶段中,电弧单位长度的耗散功率P与车速vc之间为一次函数关系,且弓网电弧在燃弧阶段中,两者为近似一次函数关系。根据能量平衡理论,运用Matlab/Simulink仿真软件,建立了弓网电弧的动态模型,并对比分析了弓网电弧仿真波形与实验波形。结果表明:第1个燃弧周期内起弧电压峰值约为35 V,第2个燃弧周期内起弧电压峰值约为30 V,且起弧阶段均有小燃弧过程;仿真波形与实测波形在整体趋势上较一致,验证了弓网电弧动态模型搭建的合理性。分析结果为研究弓网电弧特性提供了理论基础。

梯形动态电弧模型下VFTO的计算和分析

针对气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)的特快速暂态过电压(very fast tran-sient over-voltage,VFTO)进行仿真计算时,根据不同情况,准确地建立电弧模型是提高VFTO计算精度的关键。本文根据电弧的动态物理过程,在分段动态电弧模型的基础上,提出一种基于Bergeron等效电路并结合梯形积分法得到的动态电弧模型(以下简称梯形动态电弧模型),将时变电弧电阻、时变电弧电感、电弧杂散电容及隔离开关的时变对地电容均考虑进该电弧模型中,结果表明,梯形动态电弧模型适用于VFTO的计算与分析,对提高VFTO仿真计算结果准确性有着重要意义。

GIS中隔离开关电弧模型对快速暂态过电压的影响

在快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage,VFTO)的仿真计算中,对隔离开关高频电弧的准确建模,是影响VFTO计算精度的关键因素。在分段电弧模型基础上,提出一种动态电弧模型。该模型在预击穿阶段考虑击穿延时对VFTO的影响,采用双曲线形式时变电阻;在熄弧阶段建立完整Mayr-Schwarz模型描述电弧的动态物理过程。并结合某1100kV GIS电站,详细计算动态电弧模型下的VFTO特性。结果表明,该模型对提高VFTO仿真计算结果准确性有着重要意义。

弓网动态作用电弧与弓网接触特性的分析

弓网动态作用电弧有利有弊,能够保证机车连续获得电流,但同时会带来严重的电气损耗、产生回路电压、导致弓网事故、引起瞬时过电压损坏机车的电气设备与电力电子器件、产生电磁干扰、影响供电质量。弓网接触特性包括几何特性、电接触特性、弓网系统的摩擦与磨损、动态相互作用,影响弓网的性能。实测显示,随着速度的下降,没有电弧产生,最小接触压力水平显著下降,过渡状态下的接触压力范围越来越狭窄,模拟实验显示弓网紧密接触,没有电弧放松。根据不同的运行速度,控制弓网的接触力,可减少运动电弧重燃,降低电弧过电压。

弓网电弧对AT供电系统的影响及抑制措施

基于修正的弓网电弧动态模型研究弓网电弧对供电系统的影响,研究表明,电弧熄灭时刻会对系统产生明显的冲击,阻容吸收模块可有效抑制弓网电弧产生的过电压,并缩短燃弧时间,对提高弓网受流质量、保证牵引供电系统稳定运行具有积极意义。

电弧反射法电缆故障测距中的电弧建模与仿真

准确掌握电缆故障电弧电阻的动态特性对电弧反射法(ARM)电缆故障测距技术研究和设备研制至关重要。为此,在理论推导和大量实验的基础上分析了ARM故障测距时电缆故障电弧的特性,建立了可以模拟ARM方式下电缆故障的通用的Mayr电弧模型,对故障电弧电阻的变化规律进行仿真计算。实验结果表明,电弧电阻仿真计算的平均相对误差不大于12%,最大相对误差不大于29%,满足ARM测距仿真要求,说明了模型的正确性。

基于集合经验模态分解的交流航空故障电弧识别

故障电弧作为一种破坏性强,识别难度大的电路故障,给飞机的安全带来很大的威胁。然而目前航空业应用的电弧识别方法远不能达到要求。所以本文提出了一种将集合经验模态分解和LM优化的BP神经网络相结合的交流航空故障电弧识别方法。首先建立串联和并联交流电弧实验模拟平台,采集电弧电流波形,分析波形动态特性。将波形进行集合经验模态分解,选取差别明显模态分量作为故障特征分量。计算故障特征分量的能量熵作为交流故障电弧的特征量,输入到LM算法优化的BP神经网络,进行识别。结果表明,识别率达到90%以上,较好地识别出了航空故障电弧。

高铝粉煤灰活性剂影响TIG电弧行为研究

为了研究高铝粉煤灰作为活性剂对钨极氩弧焊电弧特性的影响规律,继而明确复合成分活性剂调控焊接电弧增加焊缝熔深的机制。基于自行开发的数据采集平台,进行了实时焊接电流、电压、焊接热循环的数据采集;基于霍尔传感器测量了电弧电流密度及其作用半径;用自制的电弧力测量装置,研究了工件表面涂覆活性剂对电弧综合作用力的影响。实验结果说明,涂覆在工件表面的活性剂在高能的等离子弧的作用下将形成复杂气氛,复杂的气氛导致焊接过程中的电弧动态特性及其电弧力产生改变,继而影响焊缝的形貌。

浅析负载对直流断路器电弧特性的影响

首先,从直流电路模型的微分方程出发阐述直流断路器电弧熄灭原理,分析负载的时间常数对直流电弧的能量、电弧电压、燃弧时间的影响。其次,通过二维电弧模型仿真分析在不同时间常数(5 ms、10 ms)下的电弧熄灭过程以及电弧电压特性,得到时间常数对于燃弧时间、飞弧以及峰值电弧电压具有决定性影响,并通过物理实验来验证仿真结果。基于负载对直流断路器电弧特性影响的研究,对掌握如何快速熄弧,减少电弧对触头的烧蚀,提高直流断路器分断可靠性提供了一定的参考。

焊接电弧行为特征和稳定性评价研究与进展

电弧是最常用的焊接热源,对焊接电流和电弧电压的动态变化规律、电弧形态及其动态行为和特征参数等进行研究和分析,可实现对焊接过程稳定性的评价和有效控制,有助于提高焊接制造的智能化水平、焊缝成形和焊接接头质量。归纳总结了国内外学者在分析处理焊接电流和电弧电压信号以对焊接工艺稳定性进行评价、基于视觉传感和图像处理的电弧燃烧和熔滴过渡行为表征和定量分析、焊接电弧数值模拟等方面的研究和发展,以期对焊接电弧及其动态行为特征的研究方法、现状有一个全面和充分的认识,促进研究工作的深入开展和在工程实际的广泛应用。